中國儲能網(wǎng)訊：級聯(lián)高壓儲能技術(shù)雖然一直被業(yè)界看好，卻遲遲未能大規(guī)模應(yīng)用。如今，隨著“強(qiáng)配儲”政策結(jié)束、儲能開始全面參與電力市場，儲能的角色也從被動“跟著電網(wǎng)走”變成主動“參與電網(wǎng)建設(shè)”，從單純滿足指標(biāo)變成真正市場化交易。
在這樣的新環(huán)境下，曾經(jīng)的“非主流”技術(shù)迎來了機(jī)會。作為率先堅(jiān)持級聯(lián)高壓路線的企業(yè)，智光通過持續(xù)創(chuàng)新，不僅解決了過去的技術(shù)難題，還憑借出色的成本效益和市場表現(xiàn)，證明了自己的價值，推動行業(yè)進(jìn)入“價值為王”的新時代。
一、讀懂級聯(lián)高壓與主流方案的本質(zhì)區(qū)別
傳統(tǒng)低壓升壓技術(shù)——是給電池組配置專用PCS形成儲能單元，儲能單元通過并聯(lián)的方式統(tǒng)一經(jīng)變壓器升壓并入電網(wǎng)中。簡單點(diǎn)說，就是實(shí)現(xiàn)電流的“聚少成多”。但其技術(shù)受限制于儲能的容量，雖可以通過增加并聯(lián)電池簇的數(shù)量增加容量，但過多的電池堆數(shù)量會造成容量利用率低、占地面積大、系統(tǒng)響應(yīng)時間長等問題。
級聯(lián)高壓儲能技術(shù)——將直流并聯(lián)的低壓儲能系統(tǒng)“拆分”為許多標(biāo)準(zhǔn)化的小儲能單元——每個單元獨(dú)立管理一組電池并配備H橋逆變器，再像搭積木一樣在交流側(cè)將這些單元級聯(lián)組合起來，直接把電壓升到10 kV、35 kV甚至更高，與電網(wǎng)“高壓直掛”，省去了傳統(tǒng)的大型升壓變壓器。這樣的設(shè)計不僅使系統(tǒng)單機(jī)功率更大、循環(huán)效率更高，還能避免并聯(lián)電池組間的SOC不一致導(dǎo)致的容量衰減。
過去，這套理論上最優(yōu)的方案由于配套難度和成本等原因未能大規(guī)模落地，但在“強(qiáng)配儲”退出、儲能全面市場化的新賽道上，它正以更低的系統(tǒng)成本和更強(qiáng)的可維護(hù)性、以及更佳的性能，迎來屬于自己的春天。
二、行業(yè)“舊困局”——級聯(lián)高壓為何曾“叫好不叫座”？
在儲能發(fā)展的早期階段，盡管級聯(lián)高壓的技術(shù)優(yōu)勢顯而易見，但它始終未能成為市場的主流，其背后是難以逾越的“三座大山”。
1. 主流方案的慣性：市場早期以政策性“強(qiáng)配”為主，業(yè)主首要目標(biāo)是滿足并網(wǎng)要求。結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、初期投資（Capex）更低的低壓（集中式）方案，憑借其“便宜、簡單”的優(yōu)勢，迅速占據(jù)了市場主導(dǎo)地位，形成了強(qiáng)大的使用慣性。
2. 經(jīng)濟(jì)性賬難算：在一個只看重初始投資的評價體系中，級聯(lián)高壓方案因其技術(shù)復(fù)雜性帶來的較高初始成本，以及被認(rèn)為更專業(yè)的運(yùn)維需求，讓很多業(yè)主望而卻步。其在全生命周期中的效率優(yōu)勢和收益提升，在當(dāng)時并未被充分認(rèn)識和計算。
3. 技術(shù)與市場壁壘高：級聯(lián)高壓對BMS的控制精度、功率模塊的可靠性以及系統(tǒng)集成能力都提出了極高的要求，這形成了天然的技術(shù)壁壘。同時，由于缺乏大規(guī)模的商業(yè)化項(xiàng)目驗(yàn)證，業(yè)主對其穩(wěn)定性和可靠性心存疑慮，疊加相對更長的定制化交付周期，進(jìn)一步阻礙了其市場推廣。
三、時代“新命題”——儲能市場的游戲規(guī)則已改變
正當(dāng)級聯(lián)高壓在“舊世界”的規(guī)則下舉步維艱時，儲能產(chǎn)業(yè)的底層邏輯卻悄然發(fā)生了顛覆性的變化。兩大核心“新命題”的出現(xiàn)，徹底改寫了游戲規(guī)則，為級聯(lián)高壓的崛起創(chuàng)造了歷史性的機(jī)遇。
1. 從“跟網(wǎng)”到“構(gòu)網(wǎng)”——儲能的“靈魂拷問”
隨著中國風(fēng)光裝機(jī)容量向著“億千瓦”級別邁進(jìn)，電力系統(tǒng)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。
“高比例可再生能源”和“高比例電力電子設(shè)備”的接入，使得傳統(tǒng)以同步發(fā)電機(jī)為主的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)被根本性改變。風(fēng)機(jī)和光伏逆變器本質(zhì)上是“電流源”，缺乏同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量和短路容量支撐，導(dǎo)致電網(wǎng)在面對擾動時，頻率和電壓的穩(wěn)定性急劇下降，系統(tǒng)變得愈發(fā)“脆弱”?！按竺娣e停電”的風(fēng)險不再是危言聳聽。
在此背景下，電網(wǎng)對儲能的需求發(fā)生了質(zhì)變。它不再僅僅滿足于儲能作為一個被動的“充電寶”（跟網(wǎng)型），在接到指令后進(jìn)行充放電；而是迫切需要儲能能夠扮演起“穩(wěn)定器”和“發(fā)動機(jī)”的角色（構(gòu)網(wǎng)型），在電網(wǎng)晃動時能主動提供慣量和電壓支撐，甚至在電網(wǎng)崩潰時能獨(dú)立撐起一片網(wǎng)絡(luò)（黑啟動），成為維系電網(wǎng)安全的“定海神針”。
這個“靈魂拷問”恰好擊中了低壓方案的軟肋，卻正中級聯(lián)高壓的下懷。正如智光技術(shù)總監(jiān)湯旭所分享的，構(gòu)網(wǎng)型儲能需要“更大的單機(jī)功率”和“更快的控制速度”。
一個由幾十臺低壓PCS并聯(lián)組成的電站，要實(shí)現(xiàn)幾十個“電壓源”的毫秒級同步協(xié)同，控制難度極大。而級聯(lián)高壓輕松實(shí)現(xiàn)單機(jī)25MW、50MW甚至100MW，一個百兆瓦電站僅需幾套系統(tǒng)，控制架構(gòu)的簡化帶來了響應(yīng)速度和可靠性的指數(shù)級提升。而級聯(lián)高壓無需變壓器，PCS輸出即電網(wǎng)，避免了變壓器高低壓側(cè)構(gòu)網(wǎng)性能差異的問題；其簡單的電抗器濾波相比低壓儲能的LCL濾波，更易于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，不易產(chǎn)生諧振。這些都是其成為理想構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的根本原因。
2. 從“配儲”到“交易”——儲能的“生存法則”
如果說“構(gòu)網(wǎng)”是技術(shù)上的必然，那么“交易”則是經(jīng)濟(jì)上的革命。
隨著“新能源電量全面市場化”和“強(qiáng)配儲政策落幕”等一系列政策的落地，儲能的身份從新能源的“附屬品”轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏κ袌鲋歇?dú)立的“市場主體”。國家不再為儲能的生存“兜底”，電站必須依靠自己的“本事”在市場中賺錢。
與此同時，業(yè)主的考量從一次性的初始投資（Capex）轉(zhuǎn)向全生命周期度電成本（LCOE），這已成為衡量項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的唯一標(biāo)尺。LCOE = (總投資 + 總運(yùn)維成本) / 總放電量，要想在這個公式中取勝，不僅需要壓縮前期投入和日常運(yùn)維費(fèi)用，更要著力提升系統(tǒng)在其整個壽命周期內(nèi)的有效放電量。
而在提升放電量的諸多因素中，系統(tǒng)效率尤為關(guān)鍵：同樣一度電的輸入，效率每提升一個百分點(diǎn)，就意味著在二十余年的運(yùn)行期內(nèi)能夠多賣出可觀的電量，直接轉(zhuǎn)化為可觀的收入差額。級聯(lián)高壓技術(shù)憑借省去升壓變壓器、減少環(huán)節(jié)損耗的設(shè)計優(yōu)勢，讓效率優(yōu)勢真正變成了決定電站成敗的“真金白銀”。
四、智光的“破局之道”——從技術(shù)引領(lǐng)到價值兌現(xiàn)的深度解析
面對行業(yè)的“舊困局”與“新命題”，智光以前瞻性的技術(shù)布局和強(qiáng)大的工程實(shí)踐能力，給出了完美的答案。其破局之道，本質(zhì)上是一場以深刻技術(shù)洞察力驅(qū)動的價值創(chuàng)造過程。
1. 破解“經(jīng)濟(jì)性”：效率就是生命線，算清全生命周期大賬
智光直擊市場化交易的核心——效率。其級聯(lián)高壓系統(tǒng)將整站平均轉(zhuǎn)換效率從行業(yè)普遍的82%提升至90%以上，這意味著全生命周期的上網(wǎng)電量能增加23%。這筆經(jīng)濟(jì)賬非常直觀：據(jù)券商報告測算，一個100MW/200MWh的儲能電站，效率提升5%，在25年生命周期內(nèi)可增加數(shù)千萬元的收益。
2. 攻克“技術(shù)關(guān)”：解構(gòu)智光級聯(lián)高壓的硬核技術(shù)內(nèi)涵
智光的構(gòu)網(wǎng)能力，是其高壓直掛技術(shù)最鋒利的矛，直接解決了新型電力系統(tǒng)最核心的痛點(diǎn)。這種能力并非單一指標(biāo)，而是由一系列強(qiáng)大的技術(shù)參數(shù)共同構(gòu)成的“組合技”。
(1) 單機(jī)容量巨大：從“兵團(tuán)作戰(zhàn)”到“戰(zhàn)略武器”的跨越
傳統(tǒng)低壓儲能的單機(jī)容量受限于其690V的交流輸出電壓。根據(jù)功率公式 ，在電壓（U）固定的情況下，要提升功率（P），只能大幅增加電流（I）。然而，電流的增加會帶來巨大的技術(shù)瓶頸：電力電子器件（IGBT）的通流能力有限，過大的電流會使其迅速過熱甚至燒毀；同時，電纜和開關(guān)設(shè)備的成本與損耗也會呈指數(shù)級上升。因此，傳統(tǒng)PCS的單機(jī)容量被牢牢限制在3MW左右的等級。
智光另辟蹊徑，不在電流上做文章，而是通過級聯(lián)拓?fù)?，直接將交流輸出電壓提升?0kV乃至35kV。電壓等級提升了15到50倍，這意味著在同等電流水平下，其單機(jī)功率可以輕松實(shí)現(xiàn)同等倍數(shù)的增長。這就是智光能夠?qū)螜C(jī)功率從行業(yè)普遍的3MW等級，成功拓展至25MW、50MW，甚至具備沖擊100MW等級能力的根本原因。
一個200MW的儲能電站，用傳統(tǒng)方案需要約80臺PCS，形成一個極其復(fù)雜的“分布式兵團(tuán)”，80個“大腦”的協(xié)同控制是世界級難題。而用智光的50MW單機(jī)，僅需4臺，變成了一個極簡的“中央指揮系統(tǒng)”。這種簡化，使得構(gòu)網(wǎng)控制的可靠性和響應(yīng)速度得到了質(zhì)的提升。
(2) 超快響應(yīng)速度：在電光火石間穩(wěn)定戰(zhàn)局
級聯(lián)高壓從零功率到滿功率轉(zhuǎn)換時間僅需約2.5ms，滿充到滿放轉(zhuǎn)換時間也僅需約2ms，這展示了智光PCS系統(tǒng)本身極致的動態(tài)性能。這得益于其優(yōu)化的控制算法和高頻開關(guān)技術(shù)，使其能夠像最靈敏的神經(jīng)肌肉一樣，對指令做出瞬時反應(yīng)。
更為關(guān)鍵的是，得益于上述的“大容量單機(jī)”帶來的極簡控制架構(gòu)，智光實(shí)現(xiàn)了整站響應(yīng)時間不超過5ms。這意味著從電網(wǎng)調(diào)度中心（EMS）發(fā)出指令，到整個儲能電站（可能是百兆瓦級）完成功率響應(yīng)，全程耗時不到5毫秒。這個速度是什么概念？一次典型的電網(wǎng)頻率跌落過程可能持續(xù)數(shù)百毫秒，而智光的儲能系統(tǒng)可以在這個過程的最初階段就迅速介入，以“毫秒級速度”向電網(wǎng)注入或吸收功率，從而有效抑制頻率的進(jìn)一步惡化。
在需要高精度、快響應(yīng)的一次調(diào)頻等輔助服務(wù)市場中，這種能力意味著更高的調(diào)節(jié)精度（K值）和更豐厚的經(jīng)濟(jì)回報。由智光投資建設(shè)的目前全球體量最大的電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能調(diào)頻電站：清遠(yuǎn)清城站。由于采用級聯(lián)高壓儲能技術(shù)，整站調(diào)頻K值高，整站響應(yīng)速度快，已成為廣東電網(wǎng)調(diào)頻收益最高的儲能電站。這種技術(shù)優(yōu)勢充分轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)價值，為儲能電站的長期盈利提供了堅(jiān)實(shí)保障，也為行業(yè)樹立了新的標(biāo)桿。
(3) 強(qiáng)大的電網(wǎng)支撐：從“被動適應(yīng)”到“主動塑造”
傳統(tǒng)PCS依賴鎖相環(huán)（PLL）來跟蹤電網(wǎng)，像一個沒有主見的“跟班”，一旦電網(wǎng)信號弱或畸變（即弱電網(wǎng)），PLL就容易“迷路”導(dǎo)致脫網(wǎng)。智光的自同步電壓源控制技術(shù)，通過內(nèi)置的虛擬同步發(fā)電機(jī)模型，使其擁有了“獨(dú)立的人格”。它不再需要依賴電網(wǎng)“指路”，而是能自主建立穩(wěn)定的電壓和頻率，并主動與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)同步。因此，無論電網(wǎng)是強(qiáng)是弱，它都能穩(wěn)定運(yùn)行，甚至在電網(wǎng)完全消失時，它還能承擔(dān)起“黑啟動”的重任，為核心負(fù)荷提供電源，為電網(wǎng)重建提供基礎(chǔ)。
當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，電壓會瞬間跌落。此時，最需要的就是大量的無功電流來支撐電壓，防止其崩潰。智光的系統(tǒng)，憑借其強(qiáng)大的電力電子器件裕量和優(yōu)化的控制策略，能夠在故障發(fā)生后的625毫秒內(nèi)，提供高達(dá)3倍額定電流的故障電流。這股強(qiáng)大的電流就像一劑“強(qiáng)心針”，瞬間注入電網(wǎng)，強(qiáng)行將電壓維持在一定水平，為上游的斷路器和保護(hù)裝置的正確動作贏得了寶貴的時間，極大地提升了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
(4) 無電池簇并聯(lián)：從架構(gòu)上消除“先天性”隱患
在傳統(tǒng)低壓集中式儲能方案中，為了達(dá)到系統(tǒng)所需的大容量，必須將10到20以上個電池簇在直流側(cè)進(jìn)行并聯(lián)。然而，世界上沒有兩片完全相同的葉子，也沒有兩個完全一致的電池。這些電池簇之間由于內(nèi)阻、容量、老化程度的細(xì)微差異，必然會產(chǎn)生電勢差。根據(jù)基爾霍夫定律，這個電勢差會在并聯(lián)回路上產(chǎn)生“環(huán)流”。
環(huán)流在電池簇之間持續(xù)來回，產(chǎn)生熱量而且消耗能量，導(dǎo)致儲能系統(tǒng)效率下降；而長期的環(huán)流又會使部分電池簇持續(xù)處于過充或過放狀態(tài)，溫度異常升高，成為誘發(fā)電池?zé)崾Э氐闹饕译[蔽的“元兇”之一。
智光的級聯(lián)高壓方案，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了每個功率單元（H橋）都只對應(yīng)一個獨(dú)立的、不與任何其他電池堆發(fā)生電氣連接的電池堆。它們之間是徹底的物理隔離。這就好比將一個擁擠的大馬路，改造成了多個獨(dú)立的單行線。沒有了并聯(lián)回路，環(huán)流產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)便不復(fù)存在。這并非通過復(fù)雜的BMS均衡策略去“抑制”環(huán)流，而是從系統(tǒng)架構(gòu)物理層面，讓環(huán)流根本沒有產(chǎn)生的可能。這是一種降維打擊式的安全設(shè)計，從根源上解決了傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)最大的安全頑疾。
五、結(jié)語——智光引領(lǐng)，級聯(lián)高壓的“價值時代”已來
在“構(gòu)網(wǎng)”和“交易”成為核心價值的今天，級聯(lián)高壓技術(shù)憑借其在高效率、強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)、高安全上的綜合“價值”，已不再是眾多技術(shù)路線中的一個備選項(xiàng)，而是大型儲能電站的主流技術(shù)和必然選擇。展望未來，級聯(lián)高壓儲能將發(fā)揮不可替代的作用。智光電氣，正以其無可爭議的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力和強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)化能力，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，注入最強(qiáng)勁、最可靠的“綠色動能”。
